PEMANFAATAN TURBIN VENTILATOR SEBAGAI SUMBER TENAGA LISTRIK
VIVI NUR HUDA LYJAMIL
DEPARTEMEN FISIKA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2014
PERNYATAAN MENGENAI SKRIPSI DAN SUMBER INFORMASI SERTA PELIMPAHAN HAK CIPTA Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi berjudul Pemanfaatan Turbin Ventilator sebagai Sumber Tenaga Listrik adalah benar karya saya dengan arahan dari komisi pembimbing dan belum diajukan dalam bentuk apa pun kepada perguruan tinggi mana pun. Sumber informasi yang berasal atau dikutip dari karya yang diterbitkan maupun tidak diterbitkan dari penulis lain telah disebutkan dalam teks dan dicantumkan dalam Daftar Pustaka di bagian akhir skripsi ini. Dengan ini saya melimpahkan hak cipta dari karya tulis saya kepada Institut Pertanian Bogor. Bogor, November 2014 Vivi Nur Huda Lyjamil NIM G74100056
ABSTRAK VIVI NUR HUDA LYJAMIL. Pemanfaatan Turbin Ventilator sebagai Sumber Tenaga Listrik. Dibimbing oleh MOHAMMAD NUR INDRO dan TONY SUMARYADA. Meningkatnya permintaan energi listrik di Indonesia menjadi salah satu masalah nasional. Energi angin cukup melimpah di beberapa tempat di Indonesia yang bisa dijadikan sumber energi alternatif untuk mengisi kebutuhan tersebut. Energi angin diubah menjadi energi mekanik oleh turbin angin. Pada turbin angin, energi gerak diubah menjadi energi listrik oleh generator. Turbin ventilator mampu berputar 24 jam. Turbin ventilator berfungsi sebagai kipas hisap, biasanya digunakan diatap pabrik, gudang, gedung olahraga dan sebagainya. Penelitian ini mencoba menanfaatkan turbin ventilator untuk menghasilkan listrik. Pada penelitian ini generator yang digunakan adalah generator bekas dari sepeda motor yang kemudian divariasikan jumlah lilitannya pada setiap pengambilan data. Jumlah lilitan yang digunakan adalah 3200, 4000, 4800 dan 5600. Tegangan listrik rata-rata yang dihasilkan dari 3200, 4000, 4800 dan 5600 lilitan pada high speed adalah 4,62 Volt, 6.23 Volt, 6.99 Volt dan 8,50 Volt, sedangkan rata-rata listrik tegangan yang dihasilkan dengan medium speed adalah 3.49 Volt, 4,69 Volt, 4,45 Volt dan 6,00 Volt. Kata kunci: generator, kumparan, tegangan output, turbin ventilator
ABSTRACT VIVI NUR HUDA LYJAMIL. Turbine Ventilator utilization as a Power Source . Guided by MOHAMMAD NUR INDRO and TONY SUMARYADA . The increasing demand for electrical energy in Indonesia becomes one of the national problems. The wind energy which is relatively abundant at some places in Indonesia could become an alternative energy resources to fill those needs. Wind energy is converted into mechanical energy by wind turbine. In wind turbine, the energy of motion is converted into electrical energy by a generator. Ventilator turbine is capable to rotate 24 hours and mostly used as suction fan in factories roof, warehouses, gyms, etc. This research is aimed to use the ventilator turbine to produce electricity. This ventilator wind turbine consists of motorcycle where the number of coils was varied for each data. The number of coils used are varied as 3200, 4000, 4800 and 5600. The average electrical voltage generated from the 3200, 4000, 4800 and 5600 coil at high speed was 4.62 Volt, 6.23 Volt, 6.99 Volt and 8.50 Volt while the average electrical voltage generated at medium speed is 3.49 Volt, 4.69 Volt, 4.45 Volt and 6.00 Volt. Keywords : coil, generator, output voltage, ventilator turbine
PEMANFAATAN TURBIN VENTILATOR SEBAGAI SUMBER TENAGA LISTRIK
VIVI NUR HUDA LYJAMIL
Skripsi sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Sains pada Departemen Fisika
DEPARTEMEN FISIKA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2014
Judul Skripsi : Pemanfaatan Turbin Ventilator sebagai Sumber Tenaga Listrik Nama : Vivi Nur Huda Lyjamil NIM : G74100056
Disetujui oleh
Drs Moh. Nur Indro, MSc Pembimbing I
Dr Tony Sumaryada Pembimbing II
Diketahui oleh
Dr Akhiruddin Maddu Kepala Departemen
Tanggal Lulus :
PRAKATA Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Allah subhanahu wa ta’ala atas segala karunia-Nya sehingga skripsi ini dapat diselesaikan. Skripsi yang berjudul Pemanfaatan Turbin Ventilator sebagai Sumber Tenaga Listrik sebagai salah satu syarat kelulusan program sarjana di Departemen Fisika, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengerahuan Alam, Institut Pertanian Bogor. Dalam penyusunan skripsi ini tidak terlepas dari bantuan berbagai pihak, oleh karena itu penulis mengucapkan terimakasih kepada : 1. Ayahanda Triyono dan Ibunda Aminah yang selalu mendukung dan mendoakan penulis. 2. Kakanda Ulva Astriyatna, Layli Nur Cholifah, serta adinda Mivta Khuljannah dan Oki Kwien Jien yang selalu mendukung penulis. 3. Drs Moh. Nur Indro, MSc sebagai pembimbing I dan Dr Tony Sumaryada sebagai pembimbing II yang telah memberikan dukungan dan ilmu. 4. Dr Irmansyah sebagai dosen penguji yang telah memberikan masukan dan kritikan yang membangun. 5. Dr Mamat Rahmat yang telah banyak berdiskusi dengan penulis. 6. Ratna, Yuyun, Jojo, Hadyan, Setiawan, Habib, Mbot, Ryan, Kamil, Cucu yang selalu mendukung dan memberikan semangat kepada penulis. 7. Arif Setyawan, Nisa Silmi Afina, Ihsan Caisaro, Sambodo Rio, Bayu Sasrabau, Neneng Kartika dan teman-teman Karateka Institut Pertanian Bogor yang selalu memberikan semangat kepada penulis. 8. Laela Rahmi dan Dian Puspa yang selalu membantu penulis. 9. Teman-teman Fisika 47, 48, dan 49 Institut Pertanian Bogor. 10. Direktorat Pendidikan Tinggi Indonesia (DIKTI) yang telah membiayai penulis selama kuliah memalui beasiswa BIDIK MISI. Selanjutnya, penulis menyadari bahwa skripsi ini masih jauh dari sempurna, maka dari itu penulis mengharapkan kritik dan saran yang membangun. Semoga skripsi ini bermanfaat.
Bogor, November 2014 Vivi Nur Huda Lyjamil
DAFTAR ISI DAFTAR TABEL
vi
DAFTAR GAMBAR
vi
DAFTAR LAMPIRAN
vi
PENDAHULUAN
1
Latar Belakang
1
Perumusan Masalah
3
Tujuan Penelitian
3
Manfaat Penelitian
3
METODE
3
Waktu dan Tempat Penelitian
3
Bahan
3
Alat
3
Rancangan Turbin Ventilator
4
Pembuatan Turbin Ventilator Pembangkit Listrik
4
Prosedur Analisis Data
4
TUNJAUAN PUSTAKA
4
Hukum Faraday
4
Hukum Lenz
5
Perhitungan Energi
6
HASIL DAN PEMBAHASAN
6
Konstruksi Dudukan Turbin
6
Hasil Modifikasi Generator
7
Penggabungan
8
Output Listrik Turbin Ventilator
8
Perhitungan Energi dan Efisiensi
10
SIMPULAN DAN SARAN
10
Simpulan
10
Saran
11
DAFTAR PUSTAKA
12
LAMPIRAN
13
RIWAYAT HIDUP
15
DAFTAR TABEL 1 2 3 4
Potensi angin di Indonesia Rata-rata output yang dihasilkan dengan putaran kipas high speed Rata-rata output yang dihasilkan dengan putaran kipas medium speed Efisiensi turbin ventilator
1 9 9 10
DAFTAR GAMBAR 1 2 3 4 5 6 7 8
VAWT tipe savonius dan VAWT tipe H Turbin ventilator Rancangan turbin ventilator pembangkit listrik Fluks magnet yang menembus permukaan cincin Konstruksi dudukan turbin Magnet 8 kutub dan lilitan kawat 8 kumparan Pengujian turbin ventilator Hubungan tegangan listrik dan jumlah lilitan
2 2 4 5 6 7 8 8
DAFTAR LAMPIRAN 1 Diagram alir penelitian 2 Dokumentasi penelitian
13 14
PENDAHULUAN Latar Belakang Kebutuhan energi di Indonesia terus meningkat setiap tahunnya, hal itu menjadi salah satu permasalahan karena sumber energi konvensional semakin terbatas. Menurut Direktorat Jenderal Listrik dan Pemanfaatan Energi1 mengenai cadangan dan produk energi fosil di Indonesia, minyak bumi tersedia 56.6 miliar barel yang diprediksi akan habis dalam waktu 24 tahun ke depan. Selain itu, energi fosil gas bumi tersedia 334.5 TSCF yang diprediksi akan habis dalam waktu 59 tahun ke depan, dan energi fosil batubara tersedia 90.5 miliar ton yang diprediksi akan habis dalam waktu 93 tahun ke depan jika tidak ditemukan cadangan energi baru. Oleh karena itu, dibutuhkan pengembangan energi alternatif. Salah satu energi alternatif di Indonesia yang berlimpah adalah energi angin. Pemanfaatan energi angin di Indonesia belum dimanfaatkan secara maksimal. Pengukuran kecepatan angin rata-rata, biasanya diambil pada ketinggian 1.5 meter diatas permukaan tanah. Tabel 1 menerangkan potensi angin di Indonesia. Tabel 1 Potensi angin di Indonesia. 1 Kelas/Skala Kecepatan Daya angin spesifik (m/s) (W/m2)
Kapasitas (kW)
Skala kecil
2.5 – 4.0
< 75
< 10
Skala menengah
4.0 – 5.0
75 – 150
10 – 100
Skala besar
> 5.0
> 150
> 100
Lokasi (Wilayah) Jawa, NTB, Maluku, Sulawesi NTB, NTT, Sulsel, Sultra, Selatan Jawa Sulsel, NTB, NTT, Pantai Selatan Jawa
Turbin angin adalah alat yang berfungsi untuk mengubah energi kinetik angin menjadi energi listrik. Energi angin dikonversi menjadi energi putar oleh rotor yang akan memutar generator, dengan atau tanpa adanya roda gigi. Energi putar tersebut kemudian dikonversi menjadi energi listrik sesuai dengan hukum Faraday.2 Berdasarkan arah orientasi putarnya turbin angin dapat dibagi menjadi dua jenis, yaitu Horizontal Axis Wind Turbine (HAWT) dan Vertical Axis Wind Turbine (VAWT). HAWT mempunyai arah orientasi putar yang sejajar dengan arah datangnya angin, sedangkan VAWT mempunyai sudu (daun turbin) yang paralel dengan orientasi putarnya.3 HAWT memiliki beberapa karakteristik diantaranya berbasis gaya angkat, memiliki efisiensi tinggi, mempunyai sudu yang ramping, kecepatan putar tinggi, bekerja dengan angin laminar (biasanya diatas 10 meter dari permukaan tanah), membutuhkan tower dan mekanisme yaw, yaitu sistem yang mengatur posisi baling-baling agar tetap menghadap angin secara langsung sehingga kincir dapat menangkap energi angin dari berbagai arah.4 VAWT memiliki beberapa
2 karakteristik diantaranya efisiensi yang lebih kecil dibandingkan dengan HAWT, mudah dalam membuatnya, bisa dipasang tidak jauh dari tanah, mudah perawatannya, lebih baik dalam menangani turbulensi angin sehingga tidak membutuhkan mekanisme yaw, tidak membutuhkan tower yang tinggi sehingga generator dan gearbox bisa ditempatkan tidak jauh dari permukaan tanah.5 Gambar 1 merupakan contoh dari VAWT dengan tipe savonius dan tipe H.
(a) Gambar 1 (a) VAWT tipe savonius.6 (b) VAWT tipe H.3
(b)
Turbin ventilator merupakan turbin dengan sumbu vertikal yang memiliki dua fungsi yaitu sebagai turbin angin dan kipas hisap. Turbin ventilator menggunakan energi angin sebagai penggerak turbin ventilasi. Alat ini sering digunakan di atap bangunan yang berfungsi sebagai ventilasi bangunan perumahan dan industri. Energi angin yang berhembus pada sudu turbin ventilator akan menghasilkan drag force dan menyebabkan turbin ventilator berputar. Menurut Fatah7, turbin ventilator sangat cocok digunakan untuk berbagai jenis bangunan seperti pabrik, gudang, gedung olahraga, dapur, rumah tinggal, perkantoran, dan rumah makan. Gambar 2 merupakan contoh dari turbin ventilator yang biasa dipasang di atap gedung.
Gambar 2 Turbin ventilator.
3 Perumusan Masalah Adapun perumusan masalah pada penelitian ini adalah sebagai berikut : 1. Bagaimana memanfaatkan turbin ventilator agar menghasilkan listrik? 2. Bagaimana hubungan kecepatan putaran turbin ventilator dengan tenaga listrik yang dihasilkan? 3. Bagaimana hubungan jumlah lilitan kawat generator dengan tegangan listrik yang dihasilkan? 4. Bagaimana memanfaatkan tenaga listrik yang dihasilkan turbin ventilator? Tujuan Penelitian Tujuan penelitian ini adalah memanfaatkan perputaran turbin ventilator untuk menggerakkan generator sehingga dapat dijadikan salah satu sumber energi listrik alternatif. Manfaat Penelitian Pemanfaatan turbin ventilator sebagai sumber tenaga listrik diharapkan mampu menjadi salah satu alat pembangkit listrik tenaga angin dengan skala rendah untuk menjadi sumber tenaga listrik skala rumah tangga.
METODE Waktu dan Tempat Penelitian Penelitian ini dilaksanakan pada bulan Februari sampai dengan Agustus 2014. Perancangan dan pembuatan dilakukan di bengkel kerja CV. Tri Tunggal Teknik Jaya, Tambun. Sedangkan pengujian alat dilakukan di Depertemen Fisika, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Institut Pertanian Bogor. Bahan Bahan yang digunakan pada penelitian ini adalah plat besi L (plat L) lebar 30 mm, kawat tembaga diameter 0.23 mm, kawat timah, mur, baut, cat besi, turbin ventilator tipe L45 WA SPLIT. Alat Peralatan yang digunakan pada penelitian ini adalah multimeter, teslameter, anemometer, tachometer, mesin bubut, mesin bor duduk, las listrik, obeng, kunci pas, solder, gergaji besi, gunting, tornado fan (kipas angin).
4 Rancangan Turbin Ventilator Rancang bangun turbin ventilator sebagai pembangkit listrik yang akan dibuat adalah seperti Gambar 3 menggunakan aplikasi Sketch Up 8.
Gambar 3 Rancangan turbin ventilator pembangkit listrik. 8 Secara umum prinsip kerja turbin angin yaitu energi angin dalam bentuk aliran udara diterima oleh rotor (baling-baling turbin) diubah menjadi energi mekanik dalam bentuk putaran yang selanjutnya memutar rotor generator (magnet) untuk membangkitkan energi listrik. 9 Pembuatan Turbin Ventilator Pembangkit Listrik Pembuatan turbin ventilator pembangkit listrik terbagi menjadi dua tahap, Tahap pertama yaitu pembuatan dudukan turbin, selanjutnya tahapan kedua adalah modifikasi generator. Diagram alir penelitian terdapat pada Lampiran 1. (Halaman 13) Prosedur Analisis Data Data yang diambil dari pengujian turbin ventilator adalah kecepatan angin, putaran turbin per menit, tegangan listrik, arus listrik, dan frekuensi listrik yang dihasilkan turbin ventilator. Data tersebut kemudian dianalisis untuk melihat korelasi antara kecepatan aliran angin, jumlah lilitan kawat pada generator, dan tegangan listrik yang dihasilkan.
TINJAUAN PUSTAKA Hukum Faraday Tahun 1831, Michael Faraday menyatakan bahwa medan magnet yang berubah dapat menghasilkan arus listrik. Dalam konteks medan, kita dapat
5 mengatakan bahwa medan megnet yang berubah terhadap waktu akan menghasilkan sebuah gaya gerak listrik (ggl). Gaya gerak listrik membangkitkan arus jika terdapat sebuah rangkaian tertutup. Gaya gerak listrik pada dasarnya adalah tegangan yang timbul karena pergerakan konduktor berarus di dalam sebuah kumparan, atau karena adanya medan magnet yang berubah-ubah.10 Secara umum, hukum Faraday dinyatakan dengan Persamaan (1) : (1) Fluks magnet yang dimaksud disini adalah fluks yang lewat menembus sembarang permukaan yang dibatasi oleh jalur tertutup sebagai garis kelilingnya dan dФ/dt adalah laju perubahan fluks terhadap waktu. Besar gaya gerak listrik maksimal yang dapat dihasilkan oleh generator dapat dituliskan sebagai Persamaan (2) : (2) dimana : gglmax N B A ω
= tegangan maksimum (Volt) = Jumlah lilitan kawat = Besar medan magnet (Tesla) = Luas penampang kawat (m2) = Kecepatan putar/sudut (rps) Hukum Lenz
Hukum Lenz menyatakan bahwa arus induksi yang dihasilkan oleh medan magnet eksternal akan menimbulkan medan induksi yang arahnya berlawanan dengan medan eksternal.11 Gambar 4 menunjukkan magnet batang yang bergerak mendekati sebuah simpal dengan medan magnet eksternal ke arah kanan. Adanya medan magnet eksternal ke arah kanan menyebabkan timbulnya arus induksi pada simpal ke atas dan medan magnet induksi ke arah kiri (berlawanan arah dengan medan magnet eksternal) untuk melawan fluks eksternal.
Gambar 4 Fluks magnet yang menembus permukaan cincin. 8
6 Perhitungan Energi Perhitungan energi yang dihasilkan oleh energi angin, memenuhi persamaan klasik mengenai energi kinetik, udara yang bergerak dikonversi menjadi energi listrik melalui turbin angin. Sehingga daya atau energi persatuan waktu dari angin dapat ditunjukkan dengan Persamaan (3).12 Pt = ½ ρ A υ3
(3)
dimana:
Pt = Daya angin (Watt) ρ = Massa jenis udara (kg/m3) A = Luas penampang angin / sirip (m2) υ = Kecepatan angin (m/s) Sedangkan daya yang dihasilkan oleh turbin angin memenuhi Persamaan (4). Pl = V I
(4)
dimana:
Pl = Daya listrik (Watt) V = Tegangan (V) I = Arus (A) Perhitungan efisiensi turbin menggunakan Persamaan (5). (5)
HASIL DAN PEMBAHASAN Konstruksi Dudukan Turbin Tahap pertama yang dilakukan pada pembuatan alat yaitu dengan membuat dudukan kaki empat. Pembuatan dudukan kaki empat dimulai dengan memotong plat L menjadi beberapa bagian yaitu panjang 56 cm 2 buah, 54 cm 2 buah, 60 cm 4 buah dan 15 cm 8 buah. Karena dudukan turbin akan dibuat sistem knock down (lepas pasang), maka plat L yang sudah dipotong akan dilubangi menggunakan bor duduk di beberapa titik tertentu. Kemudian bagian penyangga, plat L dilas menggunakan las listrik. Untuk mencegah terjadinya korosi pada dudukan kaki, selanjutnya dilakukan pelapisan plat menggunakan cat besi. Gambar 5 adalah dudukan turbin yang berhasil dibuat.
Gambar 5 Konstruksi dudukan turbin.
7 Hasil Modifikasi Generator Generator Tahapan selanjutnya pada pembuatan alat yaitu dengan membubut generator sehingga generator yang akan dipasang lebih ringan. Generator yang digunakan adalah generator bekas dari sepeda motor yang dibeli dari pasar loak. Generator tersebut dibersihkan terlebih dahulu dari kotoran-kotoran yang menempel. Generator memiliki 2 bagian yaitu bagian yang berputar (magnet) disebut rotor, sedangkan bagian yang diam (kumparan) disebut stator. Selanjutnya bagian luar rotor dibubut agar lapisan-lapisan besi yang menyelimuti rotor berkurang sehingga generator menjadi lebih ringan. Pada tahapan ini penulis mengalami kendala dalam pembuatan lubang pada generator agar generator bisa dipasang pada besi as yang terdapat didalam turbin ventilator. Lubang pada stator dan rotor tidak boleh bergeser karena peletakkan srator yang miring atau bergeser mengakibatkan generator tidak bisa berputar. Kumparan/Stator Teknik menggulung kumparan sangat penting untuk diperhatikan agar tercipta output listrik yang maksimal. Untuk mendapatkan output listrik yang maksimal, digunakan prinsip Hukum Lenz agar arus listrik yang dihasilkan tidak destruktif. Generator yang digunakan pada penelitian ini adalah generator yang berasal dari sepeda motor dimana generator ini memiliki 8 kutub magnet dan 8 kumparan. Kawat tembaga yang digunakan memiliki diameter 0.23 mm. Jumlah lilitan pada stator diubah setiap akan dilakukan pengambilan data. Jumlah lilitan yang digunakan yaitu 400, 500, 600 dan 700 lilitan untuk setiap kumparannya. Setelah memahami prinsip Hukum Lenz, maka kumparan akan dibuat satu fasa dengan arah gulungan kawat searah jarum jam pada kumparan pertama, berlawanan arah jarum jam pada kumparan kedua, searah jarum jam pada kumparan ketiga dan terus bergantian hingga kumparan kedelapan. Gambar 6 menunjukkan cara menggulung kawat pada stator, warna merah pada kumparan stator berarti kawat digulung searah jarum jam, dan warna biru pada kumparan stator berarti kawat digulung berlawanan arah jarum jam. Magnet atau rotor memiliki 8 kutub, dengan warna merah menandakan kutub utara dan warna biru menandakan kutub selatan seperti pada Gambar 6.
Gambar 6 Magnet 8 kutub (kiri) dan lilitan kawat 8 kumparan (kanan). 8
8 Penggabungan Turbin ventilator, dudukan turbin dan generator yang sudah siap akan digabungkan dengan memasang cerobong turbin pada dudukan turbin yang telah dibuat, kemudian generator dipasang di bawah dual fan. Output Listrik Turbin Ventilator Tempat pengujian dilakukan di Lab Biomembran, Departemen Fisika, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Institut Pertanian bogor. Pengujian turbin ventilator dilakukan dengan meletakkan sebuah tornado fan atau kipas di bawah cerobong turbin sehingga terdapat aliran udara ke atas. Pengujian dilakukan dengan menghitung kecepatan aliran angin menggunakan anemometer, kecepatan putaran turbin dengan menggunakan tachometer, dan output listrik yang dihasilkan berupa tegangan, arus, dan frekuensi menggunakan multimeter. Pada kipas terdapat tiga tombol untuk merubah kecepatan putar kipas, tombol high speed, medium speed dan low speed. Untuk kecepatan putar kipas high speed, kecepatan rata-rata dari aliran udara yang dihasilkan adalah 5 m/s. Sedangkan untuk kecepatan putar medium speed, kecepatan rata-rata aliran angin yang dihasilkan adalah 4 m/s. Gambar 7 adalah proses pengujian turbin ventilator pembangkit listrik.
Gambar 7 Pengujian turbin ventilator Tegangan yang dihasilkan saat pengujian turbin ventilator ditampilkan pada Gambar 8. Dari grafik pada Gambar 8 terlihat bahwa semakin banyak jumlah lilitan tiap kumparan maka tegangan listrik yang dihasilkan juga semakin besar. Hal tersebut sesuai dengan Hukum Faraday yang menyebutkan bahwa perubahan fluks dapat diperbesar dengan menambah jumlah lilitan pada kumparan. Hasil tegangan listrik yang terbesar didapatkan dari kumparan dengan 5600 lilitan dengan kecepatan aliran udara high speed (5m/s) yaitu 8.50 Volt AC. Data hasil pengujian keseluruhan dapat dilihat pada Tabel 2 dan Tabel 3.
9
Gambar 8 Hubungan tegangan listrik dan jumlah lilitan. Tabel 2 Rata-rata output yang dihasilkan dengan putaran kipas high speed. Lilitan tiap kumparan
V (Volt)
I (mA)
f (Hz)
P (Watt)
rpm
3200 4000 4800 5600
4.62 6.23 6.99 8.50
40.93 45.35 42.27 40.43
4.07 4.73 4.53 4.46
0.19 0.28 0.30 0.34
61 71 68 67
Tabel 3 Rata-rata output yang dihasilkan dengan putaran kipas medium speed. Lilitan tiap kumparan 3200 4000 4800 5600
V (Volt)
I (mA)
f (Hz)
3.49 4.69
14.58 24.08
2.68 2.94
P (Watt) 0.05 0.11
4.45 6.00
24.15 24.33
2.57 2.72
0.11 0.15
rpm 40 44 39 41
Salah satu baterai hp smartphone memiliki kapasitas 4.7 Watt/hour dengan arus listrik 1.15 Ampere. Jika di isi ulang menggunakan turbin ventilator 5600 lilitan high speed dan sebuah penyearah arus, maka berdasarkan perhitungan dibutukhan waktu 48 jam untuk mengisi baterai hp hingga penuh. Namun jika terdapat 40 turbin ventilator, maka waktu pengisian baterai hp hanya membutuhkan wantu 1 jam.
10 Perhitungan Energi dan Efisiensi Untuk perhitungan daya angin, digunakan Persamaan (3) dengan memasukkan nilai 1.2 kg/m3 untuk massa jenis udara, dan 0.1589 m3 untuk luas penampang angin, maka diperoleh daya angin 11.92 Watt untuk kecepatan angin high speed dan 6.10 Watt untuk kecepatan angin medium speed. Efisiensi yang didapatkan untuk turbin ventilator pembangkit listrik disajikan pada Tabel 4.
Tabel 4 Efisiensi turbin ventilator. Jumlah lilitan (N) 3200 4000 4800 5600
Efisiensi High Speed (%) 1.59 2.37 2.48 2.88
Efisiensi Medium Speed (%) 0.83 1.85 1.76 2.39
Kenaikan jumlah lilitan kawat pada generator diikuti dengan kenaikan efisiensi dari generator, artinya jumlah lilitan kawat mempengaruhi besarnya efisiensi, semakin banyak jumlah lilitan kawat maka semakin tinggi juga efisiensinya. Efisiensi tertinggi didapat dari generator dengan jumlah lilitan kawat 5600 dengan kecepatan aliran udara high speed yaitu 2.88%. Penelitian ini adalah langkah awal untuk memanfaatkan putaran turbin ventilator untuk menghasilkan listrik. Penelitian ini masih banyak kekurangan sehingga perlu dilakukan penelitian lebih lanjut agar pemanfaatan turbin ventilator menghasilkan output listrik yang maksimal. Kelemahan dari turbin ventilator yaitu perputaran turbin yang rendah sehingga dibutuhkan formulasi generator yang maksimal sehingga mampu menghasilkan listrik yang maksimal. Pada penelitian ini hanya dilakukan uji coba untuk satu buah turbin saja, pada penerapannya penelitian ini memiliki potensial yang cukup besar karena turbin ventilator yang dipasang di atap gedung jumlahnya cukup banyak, yaitu sekitar 10-20 buah untuk bangunan yang tidak terlalu besar.
SIMPULAN DAN SARAN Simpulan Rancang bangun turbin ventilator sebagai pembangkit listrik dapat direalisasikan walaupun putaran dari turbin ventilator rendah. Turbin ventilator dapat menghasilkan listrik dengan cara memasang generator bekas yang berasal dari sepeda motor. Turbin ventilator dengan kecepatan rendah menghasilkan daya turbin yang rendah juga. Daya turbin ventilator untuk kecepatan angin high speed adalah 0.34 Watt, sedangkan daya turbin untuk kecepatan angin medium speed adalah 0.15 Watt. Efisiensi terbesar didapatkan dari turbin ventilator dengan jumlah lilitan kawat 5600 yaitu 2.88%.
11 Tegangan listrik yang dihasilkan dari modifikasi generator berbanding lurus dengan julmah lilitan kawat. Kenaikan jumlah kawat lilitan diikuti dengan kenaikan output tegangan listrik. Tegangan paling besar dihasilkan dari jumlah lilitan kawat 5600 pada kecepatan udara high speed yaitu 8.50 Volt AC. Saran Saran untuk penelitian selanjutnya adalah dengan membuat generator yang luas permukaannya lebih besar dan menggunakan kawat tembaga yang lebih besar diameternya agar arus listrik yang dihasilkan lebih besar, selain itu penggunaan magnet dengan kuat medan magnet yang besar juga dianjurkan untuk penelitian selanjutnya.
12
DAFTAR PUSTAKA 1. Kusdiana, D. Kondisi Riil Kebutuhan Energi di Indonesia dan SumberSumber Energi Alternatif Terbarukan. Direktorat Jenderal Listrik dan Pemanfaatan Energi. 2008 2. Atmadi, S., Jamaludin, Ahmad. Pengembangan Metode Parameter Awal Rotor Turbin Angin Sumbu Vertikal Tipe Savonius. Jurnal Teknologi Dirgantara Volume 6. 2008. 41-50 3. Martono, T. Peningkatan Effisiensi Kincir Angin Poros Vertikal Melalui Sistem Buka-tutup Sirip pada 3 Sudu. Jurnal Teknik Mesin . Volume 11, nomor 2, Mei 2011 4. Tony, B. et al., Wind Energy Hand Book, John Wiley & Son. 2001 5. Martono, T. Praracangan Kincir Angin Axis Vertikal Type Baru untuk Generator Listrik Tenaga Angin. Di dalam : [nama editor tidak diketahui]. Prosiding Seminar Nasional Teknik Kimia "Kejuangan". Pengembangan Teknologi Kimia untuk Pengelolaan Sumber Daya Alam Indonesia; 2010 Jan 26; Yogyakarta, Indonesia. Yogyakarta (ID). 6. Putranto A., Prasetyo A., Zatmiko A. Rancang Bangun Turbin Angin Vertikal untuk Penerangan Rumah Tangga [Tugas akhir]. Semarang (ID) : Universitas Diponegoro. 2011 7. Fatah, M. Studi Experimental dan Numerik Pengaruh Rasio Panjang dan Diameter Turbine Ventilator Terhadap Unjuk Kerja Tutbine Ventilator [Tesis]. Surabaya (ID) : Institut Teknologi Sepuluh November. 2011. 8. Yulwan, H. Diberikan langsung pada 15 Sepptember 2014 9. Ezwarsyah dan Asran. Prototipe Turbin Skala Kecil Tipe Vertikal Axis untuk Battery Charging di Daerah Remite Area. Electrician Jurnal Rekayasa dan Teknologi Elektro. Vol. 3 No.2 Mei 2009 : 119-124. 10. Griffith, D. J. Introduction to Electrodynamics 3rd Edition. New Jersey: Prentice-Hall, Inc. 1999 11. Tipler, P. A. FISIKA untuk Sains dan Teknik. Bambang Soegijono, penerjemah; Wibi Hardani, editor. Jakarta (ID): Penertbit Erlangga. Terjemahan dari: PHYSICS for Scientists and Engineers. Ed ke-3. 2001 12. Kadir, A. Energi : Sumberdaya, Inovasi, Tenaga Listrik dan Potensi Edisi Ke2. Universitas Indonesia (UI Press) : Jakarta. 1995
13 Lampiran 1 Diagram alir penelitian Mulai
Perancangan Alat
Pembuatan Alat
Pembuatan dudukan turbin
Modifikasi Generator
Membubut Magnet/Rotor
Menggulung Kumparan/Stator
Penggabungan
Pengujian
Berhasil
Pengambilan Data
Selesai
Tidak berhasil
14 Lampiran 2 Dokumentasi penelitian
(a)
(b)
(c)
(d)
(e) Keterangan : (a) Pengujian kutub magnet (b) Pengukuran medan magnet (c) Pengukuran kecepatan aliran udara (d) Pembuatan dudukan turbin (e) Hasil arus AC pada osiloskop
15
RIWAYAT HIDUP Penulis dilahirkan di Jakarta pada tanggal 12 November 1992 dari Ayahanda Triyono dan Ibunda Aminah. Penulis adalah putri ketiga dari lima bersaudara. Tahun 2010 penulis lulus dari SMA Negeri 1 Ciasem dan pada tahun yang sama penilis lulus seleksi masuk Institut Pertanian Bogor (IPB) melalui jalur Undangan Seleksi Masuk IPB (USMI) dan diterima di departemen Fisika, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam. Selama mengikuti perkuliahan, penulis menerima beasiswa BIDIK MISI tahun 2010-2014. Tahun 2013-2014 penulis menjadi asisten praktikum Fisika utuk Tingkat Persiapan Bersama (TPB) dan Tahun 2013 penulis menjadi asisten praktikum mata kuliah Termodinamika. Selain itu penulis juga aktif dalam berbagai kegiatan Unit Kegiatan Mahasiswa Karate Institut Pertanian Bogor (UKM Karate IPB). Tahun 2010 penulis menjabat sebagai Bendahara II dan tahun 2011 sebagai Bendahara I UKM Karate IPB. Tahun 2012 penulis menjabat sebagai Badan Pengawas Organisasi dan tahun 2013 sampai dengan sekarang penulis menjabat sebagai Anggota Kehormatan UKM Karate IPB. Penulis juga aktif diberbagai kepanitiaan kegiatan UKM Karate IPB seperti IPB Karate Cup 3, IPB Karate Cup 4, IPB Karate Cup 5, dan Latihan Dasar Kepemimpinan Karateka. Selain kegiatan berorganisasi, penulis juga aktif dalam perlombaan berbasis karya tulis ilmiah, tahun 2013 penulis menjadi pembicara pada Simposium Nasional dan pembelajaran Sains (SNIPS). Selain itu, penulis juga menjadi peserta pada Conference on Theoretical Physics and Nonlinear Phenomena tahun 2013.
